Лабораторные работы по физике

   Порядок выполнения работы

   1. Включить электропитание установки  тумблером “Сеть” на пульте 9.

   2. Измерить температуру воздуха  в камере Тнач термометром 6 и температуру приточного воздуха Тпр термометром 7.

   3. Определить значения допустимой  температуры воздуха Тдоп в рабочей зоне при выполнении работы средней тяжести – IIа в период года, соответствующий метеоусловиям проведения эксперимента (см. табл. 1).

   4. Включить источник тепловыделений  тумблером “Нагреватель” на  пульте 9.

   5. Измерить несколько раз с периодом 60 с температуру воздуха в камере  Т (t) термометром 6.

   6. При нагреве воздуха в камере  до температуры на 1 – 2 °С выше верхней границы Тдоп включить вентиляцию с пульта 9. Наибольшее значение температуры перегретого воздуха обозначить Туд.

   7. Измерить с периодом 60 с температуру  воздуха в камере при работающей  вентиляции до установления баланса  тепла, при котором температура  воздуха в камере остается  неизменной Туст.

   8. Определить скорость движения  удаляемого воздуха υо (м/с) в плоскости вытяжного отверстия с помощью термоанемометра 8.

   9. Выключить источник тепловыделений, вентиляцию и электропитание.

  10. По результатам измерений построить  графики изменения температу-ры  воздуха в камере при включенной  и выключенной вентиляции.

  11. Рассчитать температуру воздуха  Т в камере при выключенной вентиляции по формуле (1.5) в интервале времени проведения эксперимента.

   Данные  для расчета приведены в бланке отчета.

  12. Рассчитать, используя результаты  эксперимента, температуру Т переходного процесса при действии механической вентиляции по формуле

    где τ = D / υ – постоянная времени;

   D – длина камеры, равная 1 м;

   υ – скорость движения воздуха в камере, м/с.

   Скорость  движения воздуха υ рассчитывается по формуле

   υ = υо F/S,  (1.11)

где υо – скорость движения воздуха в плоскости вытяжного отверстия, м/с;

   F – площадь вытяжного отверстия, мм ², диаметр которого – 100 мм;

   S – площадь поперечного сечения камеры – 0,36 м².

   13. Рассчитать по формуле (1.8) количество  приточного воздуха L, поступающего в камеру в ходе эксперимента.

   14. Рассчитать по формуле (1.9) необходимое  количество приточного воздуха L_Q для удаления из камеры избытков теплоты.

   15. Сравнить результаты расчетов  количества приточного воздуха  (п.п.13, 14) и сделать вывод об  эффективности работы вентиляции.

         Таблица 1

         Допустимые нормы  температуры воздуха в рабочей  зоне

          производственных  помещений на постоянных рабочих  местах 

                     (выписка из ГОСТ 12.1.005 – 88) 

    

     Примечания

1. Период года определяется по среднесуточной температуре наружного воздуха.
2. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10 °С и выше, холодный период года – ниже +10 °С.

                        Лабораторная работа № 2

          Исследование интенсивности  тепловых излучений

           и эффективности  применения защитных  средств

  Цель  работы – научиться измерять интенсивность  тепловых излучений и оценивать  эффективность действия защитных экранов  и воздушной завесы.

  Содержание  работы

   1. Исследовать интенсивность теплового  излучения в зависимости от  расстояния до источника излучения.

   2. Определить эффективность защиты  от теплового излучения с помощью  экранов и воздушной завесы.

  Краткие теоретические сведения

  Между организмом человека и окружающей средой происходит непрерывный процесс  теплообмена. Образование тепла  в организме происходит за счет окислительных  реакций и сокращения мышц, а также  поглощения тепла получаемого извне. В производственных условиях подавляющее  большинство технологических процессов  сопровождается выделением тепла, причем тепло выделяется как производственным оборудованием, так и материалами. Источниками выделения тепла  могут быть: плавильные и нагревательные печи; расплавленный или нагретый металл; электроустановки; светильники  с лампами накаливания и др.

  Нагретые  тела отдают свое тепло менее нагретым тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Потеря тепла  организмом человека осуществляется также  и при испарении влаги (пота) с  поверхности кожи. Исследования и  расчеты показывают, что около 60% всего теряемого тепла распространяется в окружающей среде путем излучения, называемого тепловым или лучистым.

   Лучистый  теплообмен между телами представляет собой процесс распространения  внутренней энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн в видимой  и инфракрасной (ИК) области спектра. Длина волны видимого излучения  – от 0,38 до 0,77 мкм, инфракрасного  – более 0,77 мкм.

  Лучистая  энергия, проходя почти без потерь пространство, отделяющее одно тело от другого, поглощается облучаемыми предметами и снова превращается в тепловую в поверхностных слоях облучаемого тела.

  Воздух  прозрачен (диатермичен) для теплового  излучения, поэтому при прохождении  лучистого тепла через воздух температура его не повышается.

  Интенсивность теплового излучения можно рассчитать по формуле:

где Q – интенсивность теплового излучения, Вт/м²;

     F – площадь излучающей поверхности, м²;

     T ° – температура излучающей поверхности, К;

     l– расстояние от излучающей поверхности, м.

  Лучистая  энергия, попадая на человека, воздействует, прежде всего, на незащищенные части  тела (лицо, руки, шею, грудь), вызывая  их нагрев.

  Установлено, что инфракрасное излучение (ИК –  излучение), помимо усиления теплового  воздействия окружающей среды на организм человека, обладает специфическим  влиянием. С гигиенической точки  зрения важной особенностью ИК – излучения  является способность этих лучей  проникать в живую ткань на разную глубину.

   Лучи  длинноволнового диапазона ИК –  излучения (от 3 мкм до 1 мм) задерживаются в поверхностных слоях кожи уже на глубине 0,1 – 0,2 мм. Поэтому их физиологическое воздействие на организм проявляется, главным образом, в повышении температуры кожи и, при определенных условиях, перегреве организма.

   Лучи  коротковолнового диапазона ИК –  излучения (от 0,78 до 1,4 мкм) обладают способностью проникать в ткани человеческого  организма на несколько сантиметров. Такие лучи легко проникают через  кожу и черепную коробку в мозговую ткань и могут воздействовать на клетки головного мозга, вызывая  его тяжелые поражения. В частности, ИК – излучение может привести к возникновению специфического заболевания – теплового удара, проявляющегося в головной боли, головокружении, учащении пульса, ускорении дыхания, падении сердечной деятельности, потере сознания и др.

   При облучении коротковолновыми ИК –  лучами наблюдается повышение температуры  легких, почек, мышц и других органов. В крови, лимфе, спинномозговой жидкости появляются специфические биологически активные вещества, наблюдаются нарушения  обменных процессов, изменяются функциональное состояние центральной нервной  системы.

   В производственных условиях при длительном облучении глаз у работающего  развивается профессиональное заболевание  – катаракта (помутнение хрусталика).

   Действие  теплового излучения на человека оценивается через величину, названную  интенсивностью теплового облучения, Вт/м².

  Тепловой  эффект воздействия облучения зависит  от множества факторов: температуры  источника излучения, интенсивности  теплового излучения на рабочем  месте, спектра излучения, площади  излучающей поверхности, расстояния между  излучающей поверхностью и телом  человека, размера облучаемого участка  тела, длительности облучения, одежды и т. п.

  Очевидно, что чем больше величина облучаемой поверхности, чем продолжительней  период облучения и чем ближе  облучаемый участок организма к  важным жизненным органам, тем тяжелее  эффект воздействия.

   Тепловое  излучение, кроме непосредственного  воздействия на работающих, нагревает  пол, стены, оборудование, и в результате температура воздуха внутри помещения  повышается, что также ухудшает условия  труда.

  При длительном пребывании человека в зоне теплового облучения, как и при  систематическом воздействии высокой  температуры воздуха, происходит нарушение  теплового баланса в организме  человека. В таких условиях человек  получает тепла из окружающей среды  в большем количестве, чем отдает сам, и, как следствие, температура его тела повышается.

  В случае резкого нарушения теплового  баланса в организме затрудняется работа механизмов терморегуляции, обеспечивающих необходимое постоянство температуры  тела человека в допустимых физиологических  границах 36,4 – 37,5 °С. Одновременно усиливается  деятельность сердечно-сосудис-той  и дыхательной систем, увеличивается  потоотделение, происходят потери нужных организму солей и витаминов.

  Нарушение водно-солевого баланса вызывает так  называемую судорожную болезнь, характеризующуюся  появлением резких судорог, преимущественно  в конечностях. Нарушение теплового  баланса вызывает перегрев организма  и, как следствие, тепловую гипертермию  или тепловой удар.

  При систематических перегревах отмечается повышенная восприимчивость человека к простудным заболеваниям, наблюдается  снижение внимания, наступает чувство  расслабленности, резко повышается утомляемость, снижается производительность труда. Таким образом, продолжительное  интенсивное тепловое облучение  работающих нарушает нормальную жизнедеятельность, вызывая серьезные осложнения. Поэтому  меры борьбы с лучистым теплом имеют  важнейшее значение для улучшения  условий труда.